Цианирование стали

 

Под цианированием стали понимают процесс одновременного насыщения стали углеродом и азотом. Азот способствует диффузии углерода и это дает возможность снизить температуру насыщения до 850...870оС, а также длительность процесса до 4...10 часов.

Цианирование возможно проводить в твердых, жидкостных и газообразных средах, и, соответственно, различают твердое, жидкостное и газовое цианирование (последнее называют нитроцементацией).

Твердое цианирование выполняют в карбюризаторе, который содержит цианистые соли. Например, 30-40% К4Fe (СN)6 (желтая кровяная соль), 10%Nа2СО3 (сода), остальное – древесный уголь). Из-за малой производительности этот способ применяется очень редко.

Жидкостное цианирование проводят в расплавах цианистых солей NаСN, КСN, которые при распаде образуют атомарный углерод и азот, для насыщения стали.

Газовое цианирование проводят в смеси газов (аммиак, природный газ), которые диссоциируют с образованием активных атомов углерода и азота. Повышение температуры цианирования увеличивает содержание углерода в слое и уменьшает содержание азота.

Низкотемпературное цианирование проводят при 500…600оС, высокотемпературное цианирование проводят при 800…950оС с последующей закалкой и низким отпуском,

После низкотемпературного цианирования образуется карбонитридный слой толщиной 10…15 мкм, который имеет высокое сопротивление износу и менее хрупкий, по сравнению с цементованным и азотированным слоями. Под этим слоем лежит слой азотистого феррита (в легированных сталях твердость 600…1000 НV) глубиной 0,2…0,5 мм. Низкотемпературное цианирование используют для быстрорежущих, легированных и углеродистых сталей (последнее получило название «тенифер-процесс» и включает насыщение при 570оС на протяжении 0,5…3 часов в смеси солей 40% KCN + 60% NaCH пропусканием сухого воздуха).

Высокотемпературное цианирование используют для средне- и низкоуглеродистых и легированных сталей и осуществляют в расплавах, содержащих до 50% NaCN, до 50% NaCl, до 20% Na2СО3. При температуре процесса 820…850оС получают слои 0,15…0,35 мм за 30…90 мин. Для получения слоев толщиной 0,5…2,0 мм применяют цианирование при температуре 900…950оС продолжительностью 1,5…6 чаовс. В первом случае осуществляют закалку сразу же, а во втором – детали охлаждают на воздухе, а затем осуществляют нагрев под закалку, при котором происходит перекристаллизация и измельчение зерна аустенита, которое вырастает из-за высокой температуры процесса цианирования.

Нитроцементацию осуществляют при температуре 840…860оС в газовой смеси из науглероживающего газа и аммиака, иногда применяют жидкий карбюризатор – триэтаноламин (С2Н5О)3N, который в виде капель вводят в рабочее пространство шахтной печи. Продолжительность процесса зависит от глубины насыщаемого слоя и составляет 1…10 часов. Толщина слоя колеблется от 0,1 до 1,0 мм. После нитроцементации изделия подвергают закалке и низкотемпературному отпуску при температуре 160…180оС.

По сравнению с цементированным, цианированный слой имеет более высокое сопротивление износу, большую твердость, лучшее сопротивление коррозии, более высокий предел выносливости в результате образования на поверхности остаточных напряжений сжатия.

Иногда детали нагревают в ваннах для цианирования без выдержки с целью получения товарного вида.

 

 

2.4.3.5 Диффузионная металлизация

Диффузионная металлизация – процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали разнообразными металлами.

При насыщении Al, Cr, Si, и др. этот процесс называется, соответственно, алитированием, хромированием, силицированием и др. Комбинированные процессы, которые заключаются в одновременном насыщении хромом, алюминием, бором и т. д., называют хромоалитированием, бороалитированием и т. д.

Диффузия металлов в железе идет значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом твердые растворы внедрения, а металлы – твердые растворы замещения. Поэтому при диффузионной металлизации слои получаются в десятки раз более тонкими.

Алитирование, т. е. диффузионное насыщение поверхности металлов и сплавов алюминием, осуществляется с целью повышения жаростойкости, коррозийной и эрозийной стойкости. В настоящее время алитированию подвергают углеродистые и легированные стали, чугуны, жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы, тугоплавкие металлы и сплавы на их основе, титан, медь и другие материалы. Наиболее распространено алитирование в порошковых смесях.

Смеси содержат: порошок алюминия или алюминиевосодержащие сплавы в качестве источников алюминия; порошок хлористого аммония или другого вещества в качестве активатора процесса; порошок окиси алюминия или каолина (в качестве инертных добавок, которые предотвращают спекание частиц алюминия и ферросплавов).

Один из составов насыщающей смеси: 49% Al, 49% Al2O3, 2% NHCl.

Детали, предварительно очищенные от следов окалины и других загрязнений, загружают в контейнеры, нагревают до температур 850...1000оС и выдерживают в течение 3…12 часов для получения слоя толщиной от 0,3 до 0,6 мм. По окончании выдержки контейнеры с деталями охлаждают вместе с печью или на воздухе.

Поверхностная концентрация алюминия в зависимости от режима насыщения составляет 40…50%. При этом жаростойкость стали 10 при температуре 800оС повышается в 15-20 раз, при 900оС – в 7-10 раз, при 950оС – в 5 раз. Твердость алитированного слоя плавно изменяется от поверхности к сердцевине – от Н50 = 7350 до Н50 = 1900 МПа.

Алитированные слои хорошо противостоят:

- коррозии в 50%-м водном растворе азотной кислоты, в парах соленой воды, однако неустойчивы в 50%-х водных растворах серной и соляной кислот;

- окислению при 900оС даже после деформации в горячем состоянии;

- окислению и разрушению при многократном и кратковременном нагревании в восстановительной среде с промежуточным охлаждением на воздухе;

- износу при работе стали без смазочных материалов.

Хромирование проводят с целью повышения коррозионной стойкости, кислостойкости, окалиностойкости. При хромировании средне- и высокоуглеродистых сталей повышается их твердость и изностойкость.

Хромирование чаще всего производят в порошкообразных смесях, содержащих металлический хром или феррохром, окись алюминия и хлористый аммоний. Процесс осуществляется при температуре 1000…1050оС в течение 6…15 часов с получением слоя толщиной 0,015…0,020 мм. При увеличении содержания углерода толщина слоя уменьшается.

При хромировании сталей образуется слой, состоящий из карбидов хрома (Fe,Cr)7C3, (Fe,Cr)23C6. Карбидный слой обладает высокой твердостью до 13 000МПа. Под слоем карбидов находится переходной слой с содержанием углерода до 0,8%.

Хромирование используют для деталей паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапанов, вентилей и т. п.

Борирование, т. е. насыщение поверхности стали бором осуществляется для повышения поверхностной твердости, износостойкости (главным образом абразивной) и теплостойкости. Глубина борированного слоя не превышает 0,15 мм, его поверхностная твердость доходит до 18 000 МПа. Борирование можно осуществлять в порошковых смесях, газовых и жидкостных средах.

Перед борированием детали очищают от следов окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Механическую обработку изделий, подлежащих борированию, необходимо проводить с учетом увеличения их размеров в процессе насыщения.

Борирование в порошковых смесях осуществляют в герметических контейнерах в смеси порошка карбида бора (В4C) с добавлением 0,5…1% NH4Cl при температуре 950…1000°С в течение 3…6 часов с последующим охлаждением с печью. Борированный слой состоит из 2 зон: зоны боридов – химических соединений железа с бором (FеB, Fе2В) и переходной зоны – твердого раствора бора в железе. Борированный слой имеет характерное игольчатое строение. Легирующие элементы в сталях не образуют собственных боридов, а легируют бориды железа и уменьшают толщину переходной зоны.

Газовое борирование осуществляют путем разложения (при температуре процесса) газообразных соединений бора.

Оптимальными считаются температуры борирования при 800…9500С в течение 3…6 часов. По окончании процесса насыщения закалку целесообразно проводить непосредственно с температуры борирования.

Электролизное борирование проводят в расплаве буры при температуре 880…980оС в течение 2…5 часов. По окончании выдержки детали из ванной выгружают и подвергают непосредственно закалке или охлаждению на воздухе. От остатков расплава детали очищают кипячением в воде.

Борирование из обмазок применяют при необходимости упрочнения крупногабаритных изделий или для местного борирования отдельных участков деталей. Применяют двухслойные обмазки: первый слой – активная обмазка (80% В4Cl + 20% Na3AlFe), второй слой – защитная обмазка с использованием графита. После просушки 1-ой и 2-ой прослойки обмазок проводят режим борирования при 800…10500С в течение 2…4 часов, потом проводят закалку или охлаждение на воздухе или с печью.

 








Дата добавления: 2015-04-07; просмотров: 2460;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.011 сек.